新型高速海事巡逻艇的设计开发

2012-10-08陈海军

江苏船舶 2012年3期

陈海军

(无锡市地方海事局，江苏无锡214043)

0 引言

在国内港口迅猛发展的同时，海上交通事故频频发生，对海上搜巡救助能力提出了更高要求，而国内很多港口现有搜巡救助力量仅能维持初级水平。在良好天气、适宜的海上温度情况下，依靠现有的有生搜救资源，对于搜救半径小于50 n mile的近距离海域，海上人命搜救供给是十分有效的。但遇到远距离、恶劣天气的海况下，搜救资源已明显不足。因此，有必要建造一批反应灵活、操纵方便、性能较好的抗风能力强的小型巡逻船，配置于事故多发水域。新型巡逻艇能在最短时间内到达事故现场，从而减少事故损失;确保巡航水域水上交通安全，营造良好通航环境;以最短时间实现在海面监管并向遇险人员、遇险船舶和财物实施救助的需要，能够大大提高工作效率和搜救成功率。

1 设计开发概况

1．1 主要用途

本船主要用于海事巡逻及综合执法。

1．2 船型选择

目前小型高速海事巡逻艇多为单体船型，其抗风浪能力差、波浪中失速高、有效利用面积低，已不太满足综合执法需求。

槽道滑行艇是20世纪70年代由英国cougar公司研制出的一型高性能船，它将底部滑行面分成左右片体，中间为凹型槽道。采用槽道滑行艇可以解决单体船抗风浪能力差、失速高、有效利用面积低的缺点。

槽道式滑行艇两侧细长片体滑行时不易引起不稳定的海豚运动，具有良好的横稳性。同时宽大的艇体加大了两推进器的间距，因此具有良好的操纵性。

槽道式滑行艇最大的优点是良好的耐波性。单体常规滑行艇波浪中冲击大，人员和装备难以承受。槽道式滑行艇由于滑行面细长，锲型片体及槽道缓冲作用，其波浪中的纵向运动和冲击力明显降低，失速也小于常规艇，因此其耐波性有较大改善。

本项目针对用户的特殊需求，采用了槽道艇型，以满足耐波和有效面积的需求，同时兼顾快速性。该艇型具有以下特点:

(1)稳性好、抗风能力强，横摇角显著小于单体滑行艇，约为单体船的35%。同时横摇周期较单体船长，也即横摇加速度较单体船小。

(2)航向稳定性好，驾驶员不用频繁操舵。

(3)能高速回转，回转时横倾角和回转半径小，且在波浪中不易翻倾。

(4)波浪中艇体加速度小，乘员不易晕船，同时甲板很少上浪。

(5)波浪中失速小，相同静水航速，双体船实际航速高。

(6)甲板面积大，较易满足多种用途需求。

(7)超载能力强，航速下降较单体船小。

以上特点均在模型试验及母船上得到验证。母船在3级海况下失速仅15%，无一人晕船、无甲板淹湿情况，全速回航时最大动横倾角为7°，回转直径为船长的3倍。

双体滑行艇与单体船相比存在结构重量和排水量稍大，结构设计和施工难度较大，静水中阻力性能稍差、但好于深V型艇等不足之处。

在型线设计时，根据用户的任务书，对母型进行了局部调整，一是加大长宽比，二是增加船首斜升角。模型线形图如图1所示。

1．3 试验情况

本船模在702所01水池进行了阻力试验，共9个状态。

设计点状态1～状态3试验情况见表1，其中V为速度，m/s;R为阻力，kg(模型试验中默认单位)。

表1 设计状态1～状态3试验情况

加大长宽比后，从低速到高速整个航行段不同重心位置时纵倾均较小，约为母船的1/2。高速时维持在2．5°左右，且航行稳定，无海豚运动;同时低速段阻力下降明显。

为了得到高速时的阻力特性，本船在船底加装ARA-D翼型水翼进行了阻力试验，并就负荷比、重心相对位置、折角线长宽比均相等的情况对62系列进行了比较。低速段时，62系列最大约低24%;高速段时，复合型阻力约低11%。此外加水翼后，高速段槽道船自身阻力平均降低约25%。阻力比较图见图2。图中，Δ为排水量，F▽为体积傅汝德数。

图2 阻力比较

1．4 推进器选型

目前高速船常用的推进装置有斜轴系、喷水推进、半浸桨、舷内外机、挂机和推进器等。其中舷内外机、挂机和推进器由于其功率较小，无法满足本船要求。

斜轴系主要由主机、高弹、齿轮箱、轴系及螺旋桨组成，中低速船使用较普遍，技术成熟，其成本较低，但振动、噪音及吃水较大。此外附件阻力大，安装工艺要求严格。

半浸桨效率高，一般多用于高速滑行艇，航速35 kn以上才推荐使用。此外由于其悬挂在尾封板上，不利于救助落水人员。

喷水推进装置主要用于高速船，其重量轻、效率比半浸桨稍差，但振动、噪音小，尤其操纵灵活，双机使用在较高速情况下基本可以实现原地回转。

考虑到本船具有执法及救助功能，要频繁靠离大小船只，必要时还得救助落水人员，因此特别要求其操纵灵活，同时在救助时不能对落水人员造成二次伤害。

综合考虑，最终确定选用Hamilton HJ364喷射推进装置，最大功率为670 kW，最大转速为2 300～2 500 r/min，配电子控制系统，通过操纵手柄系统操纵，具有自动控制功能，可实现原地回转。

此外考虑使用安全性及维护方便性，在主机和喷水推进器之间加配离合器。

1．5

设计主要量度

总长 19．80 m

型宽 5．800 m

型深 1．800 m

设计吃水 0．830 m

载员 12人

船员 6人

航区沿海

航速～25 kn

新型高速海事巡逻艇总布置图如图3所示。

图3 新型高速海事巡逻艇总布置图

2 审图及检验难点

2．1 连接桥强度校核

由于本船船型特殊，采用的是槽道双体船型，与常规双体船型相比，有明显不同。槽道双体船型相比常规双体船有以下不同点:

(1)片体较宽，海船占船宽的约40%，内河型的片体更宽，而常规双体船约为船宽的30%。

(2)尾部内侧壁距主甲板距离较大，尤其是内河船型，其距离大于50%型深。

槽道船型型线图、常规双体船型线图分别如图4、图5所示。

图4 槽道船型(海船)型线图

图5 常规双体船型线图

目前该类船舶海船类接触较少，故对其连接桥强度校核，就现有规范而言涉及不多，因此给审图工作提出了较高要求。大型常规双体船主要通过上层建筑首尾抗扭箱结构来承受横向弯矩和扭矩，小型双体船则通过甲板来承载。最后经与设计部门商讨，其载荷按《海上高速船入级与建造规范》(2005)计算，连接桥强度直接按照史葛特法校核，同时按照DNV规范复核。另外要求设计方对结构形式进行调整，使本船在首尾端槽道顶板与主甲板或内底板形成封闭箱型结构。

2．2 甲板室横梁强度校核

由于该船型宽达5．8 m，内部舱室不设计支柱，故相对于该船主尺度而言，驾驶甲板梁跨度较大。经复核其跨度达到5．2 m宽，就玻璃钢结构而言，要求其甲板梁尺寸较大，影响内部空间。在审图阶段，根据设计方提供的有限元板架计算，复核其变形量及应力情况，其载荷按规范计算。同时在施工过程中要求对试样力学性能进行复试，以复核其强度。

2．3 尾部喷泵底座及主机基座加强问题

由于该型船推进系统采用喷水推进，在尾部船底板及尾封板上开设大开口，在国内采用喷水推进该尺度的玻璃钢船型较少，规范未明确该设备安装如何加强，因此在审图过程中，经过和设计方沟通及供应商沟通交流，明确在尾部开孔处船板内部预埋8 mm铝合金板加强，同时便于施工连接。此外要求甲板、舷侧纵骨和尾部扶强材及底板纵骨形成有效框架。

主机基座同意按照《钢质内河船舶建造规范》(2009)有关要求设计。